340398787-laporan-tetap-crph.docx

Pengendalian Nilai PH ( CrPH ) I.

Tujuan Percobaan Setelah melakukan praktik mahasiswa diharapkan dapat : 1. Menjelaskan dan membedakan mode pengendalian kontinyu dan tidak kontinyu. 2. Menjelaskan terminology yang digunakan dalam simulasi unit CrPH. 3. Memahami prinsip pengendalian level air padaa unit CrPH. 4. Melakukan simulasi pengendalian dan menjelaskan grafik terssebut.

II.

Alat dan Bahan yang digunakan 1. Peralatan CrPH 2. Tangki penampung 20L 3. Alat ukur PH 4. Flowmeter jenis float 5. Pompa sentrifugal 6. Pompa proposional 7. Asam klorida 30% 8. Natrium hidroksida 30%

III. Dasar teori 1. Pengendalian P/I/D Sistem pengendalian secara kontinyu berbeda dengan sistem pengendalian tak kontinyu (on-off). Pada sistem kontrol kontinyu, sistem secara kontinyu melakukan evaluasi antara error dan set ppoint dan secara kontinyu pula memberikan masukan (input) bagi elemen kontrol akhir untuk melakukan perubahan agar harga pengendalian (control point) bagi elemen kontrol akhir untuk melakukan perubahan agar harga pengendalian (control point) mendekati atau sama dengan harga set point. Sistem pengendalian kontinyu ini menggunakan tiga terminologi berikut: a.

Proposional

b. Integral c.

Derivatif

Sinyal yang diregulasi yang didasarkan atas error (perbedaan antara set point dengan kontrol point ditentukan oleh jumlah ketiga definisi diatas. A. Proposional Bagian atau komponen mode pengendalu ini menyatakan error yang terjadi sebanding antara set point dan harga terukur. Sebanding ini dinyatakan sebagai harga konstanta proposional (kp). Ketiga sinyal regulasi mencapai 100% atau katup pneumatic terbuka penuh, error mencapai level salurasi (jenuh) penambahan error tidak akan meningkatkan sinyal regulasi. Disini perlu diketahui range interval error sinyal regulasi dapat beroperasi antara 0%100%. Range variasi error dinyatkan sebagai proposional band atau pita proposional. Apabila error (e) antara 0-PB, maka persen harga isnyal regulasi (x) adalah: X = e. PB Semakin besar PB semakin kecil keluaran kontroller (x) untuk error yang sama. Dengan kata lain, semakin rendah proposional kontroller. Sistem pengendalian yang harga menggunakan mode proposional ini mempunyai ketentuan berikut: a.

Error tidak dapat dieliminasi (dikurangi) dan sulit mencapai set point.

b. Adanya error bisa (residu) yang disebut offset yang bertambah dengan bertambahnya PB. B. Integral Mode kontrol integral selalu digunakan berpasangan dengan mode proposional dengan persamaan: X(t) = Kp.Ep

𝑡

+ Ki ∫0 (𝑋). 𝑑𝑥

Dengan mode bangunan ini error pertama – tama akan meningkat kemudian berkurang dengan cepat oleh aksi proposional. Error tidak akan menjadi nol dikarenakan oleh adanya offset. Aksi kontrol intergral akan mengurangi error residu (offset) dari proposional. Dengan mode ini kemugkinan untuk mengurangi error secara tuntas, sedangkan

kondisi equilibrium baru memerlukan aliran masuk yang baru yang digerakan oleh mode integral juga. Umumnya mode gabungan ini digunakan ketika variabel yang dikendalikan diharapkan mengalami perubahan besar namun lambat yang memerlukan perubahan cukup besar pada sinyal regulassi (x). C. Derivatif Mode derivatif juga dipergunakan bergabungan dengan mode proposional dengan persamaan: 𝑑

X(t) = Kp.e (t) + kd.𝑑𝑡. e(t) jika error konstan derivatif sebagai fungsi waktu akan mempunyai harga nol (tidak ada output). Mode proposional derivatif ini digunakan apabila diharpkan perubahan yang cepat dan dalam batas level kontrol mempunyai variasi beban yang rada lambat. Penggunaan mode proposional derivatif kurang memberikan pengertian yang jelas. Mode gabungan yang melibatkab derivatif yang digunakan pada CrPH adalah mode gabungan lengkap atau mode PID (proposional,integral,derivatif). Dengan persamaan : 𝑡

𝑑

Kp.Ep + Ki ∫0 𝐸𝑝 (𝑡)dt + kd.𝑑𝑡. EP + Po Gabungan ketiganya disini memberikan pengendalian yang sempurna dan menghasilkan pengendalian yang optimal. Pengendalian PID Merupakan kontroler untuk menentukan presisi suatu sistem intrumentasi degan karakteristik adanya umpan balik pada sistem tersebut. Komponen PID ini terdiri dari tiga jenis yaitu: proposional, integral, derivatif. 1. Kontrol proposional Ciri – ciri pengontrol proposional a.

Jika nilai Kp kecil, pengontrol proposional hanya mampu melakukan koreksi kesalahn

yang kecil, sehingga akan menghasilkan respon sistem yang lambat (menambah rise time).

b. Jika nilai Kp dinaikan, respon/tanggapan sistem akan semakin cepat mencapai keadaan mentapnya (mengurangi rise time) c.

Namun, jika nilai Kp diperbesar sehingga mencapai harga yang berlebihan akan

mengakibatkan sistem bekerja tidak stabil atau respon sistem akan berosilasi d. Nilai Kp dapat diset sedemikian sehingga mengurangi steady state error tetapi tidak menghilangkannya. 2. Kontrol integral Ciri – ciri pengontrol integral a.

Keluaran pengontrol integral membutuhkan selang waktu tertentu, sehingga pengontrol

integral cenderung memperlambat respon b. Ketika sinyal kesalahan berharga nol, keluaran pengontrol akan bertahan pada nilai sebelumnya. c.

Jika sinyal kesalahan tidak berharga nol, keluaran akan menunjukan kenaikan atau

penurunan yang dipengaruhi oleh besarnya sinyal kesalahan dan nilai Ki d. Konstanta integral Ki yang berharga besar akan mempercepat hilangnya offset. Tetapi semakin besar nilai konstanta ki akan mengakibatkan peningkatan osilasi sari sinyal keluaran pengontrol. 3. Kontrol derivatif Ciri – ciri kontrol derivatif a.

Pengontrol tidak dapat menghasilkan keluaran jika tidak ada perubahan pada

masukannya (berupa perubahan sinyal kesalahan ) b. Jika sinyal kesalahan berupa terhadap waktu, maka keluaran yang dihasilkan pengontrol tergantung pada nilai kd dan laju perubahan sinyal kesalahan. Dosing pump Dosing pump adalah pompa khusus untuk menginjeksikan chemical secara terukur dan akurat serta manan untuk berbagai aplikasi. Dosing pump/ pompa dosing/ metering

pump/ pompa injeksi kimia adalah pompa yang bertugas untuk menginjeksikan bahan kimia dengan ukuran yang akurat untuk mendapatkan hasil yang diinginkan. IV. Langkah kerja 1. Memipet 6ml larutan NaOH 30% ke dalam galon aquadest bagian bawah, menambahkan aquadest hingga terisi 9L. 2. Memipet 3ml larutan HCl 30% ke dalam galon aquadest pada bagian atas dan menbahkan aquadest hingga terisi 9L. 3. Menghidupkan alat dengan memutar main switch ke posisi on. 4. Mengambil sampel dari masing – masing galon sejumlah 30ml dan cek PH dengan menggunakan PH elektroda tersedia. Membilas elektroda. 5. Memutar katup tempat elektroda PH kedalam mengencangkan kembali dengan memutar. 6. Menghidupkan komputer dan menghubungkan antara CrPH dengan komputer menggunakan kabel USB tersedia. Menjalankan program DIDATEC CONTROL pada layar dekstop dengan mengklik 2x menggunakan mouse. 7. Switch on pengaduk, menekan tombol power pada bagian pengaduk sampai muncul 50 rpm, menekan tanda + pada bagian hingga kecepatan pengaduk menjadi 350rpm. 8. Menghidupkan pompa sentrifugal dan mengatur debit pada 7 l/h mengamati permukaan cairan didalam tangki proses ingga elektroda terselup dengan baik. 9. Mengatur USB PORT di monitor ke COMB dan mengubah set point menjadi 8 10. Memasukan harga proposional band 20% dan integral time 0 dan derivatif time 0 11. Menghidupkan dosing pump. 12. Mengklik START ACQUISTION pada layar monitor untuk memulai proses pengendalian PH. Klik kanan pada bagian sumbu x untuk mengaktifkan AUTOSCALE pada output pompa dan klik kanan pada bagian Y untuk mengaktifkan AUTOSCALE pada bagian pengukuran. 13. Mengamati hingga didapat grafik perubahan yang cenderung stabil 14. Setelah selasai RUN 1 terdapat 2 lembah dan 1 bukit klik stop. 15. Klik save graph untuk melihat pengukuran dan mengisi maka grafik yang akan disimpan 16. Mengulang langkah 9 hingga 15 dengan set point 10 serta intergal time dan derivative time = 1.

VI. Perhitungan 6.1. Penentuan Nilai Pp Pb = 20%

Kp = Ep =

100 𝑃𝑏

=

𝑅𝑎𝑛𝑔𝑒 10−9.8

=

Derivative time = 0

=1.4286%

14

x 100%

pH pengukuran = 9.8 Set point = 10

P = Kp.Ep + Pb = 5. (1.4286%) + 20% = 7.1429% + 20% P = 27.1429%

6.2. Penentuan harga PID Kp =

Integral time = 1 Derivative time = 2 pH pengukuran = 9.6 Set point = 10 Ep = =

𝑆𝑒𝑡 𝑝𝑜𝑖𝑛𝑡−𝐻𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑢𝑘𝑢𝑟𝑎𝑛 𝑅𝑎𝑛𝑔𝑒 10−9.6 14

x 100%

x 100%

20

=5

𝑆𝑒𝑡 𝑝𝑜𝑖𝑛𝑡−𝐻𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑢𝑘𝑢𝑟𝑎𝑛

Integral Time = 0

Pb = 20%

100

100 𝑃𝑏

=

100 20

=5

x 100%

= 2.8571% 𝑡

𝑑

PID = Kp.Ep + Ki ∫0 𝐸𝑝 (𝑡)dt + kd.𝑑𝑡. EP + Po = (5 x 2.8571%) + (1 x 2.8571%) + (1 x 2.8571%) + 20% = 40%

VII. Analisis Data Berdasarkan percobaan yang dilakukan dengan variasi nilai intergral dan derivatif time didapatkan simulasi grafik yang berbeda yaitu grafik yang berbentuk linier dengn hanya menggunakkan proposional controller, sedangkan grafik akan berbentuk parabolik jika menggunakan PID controller. Dimana masing-masing komponen kontrol mempunyai pengaruh pada sistem yang berbeda untuk kontroller proposional akan mempengaruhi sistem dengan menambah ataupun mengurangi sistem kestabilan dapat memperbaiki respon transien khususnya risetime dan setting time dan juga mengurangi (bukan menghilangkan) error steady state. Pengaruh sistem tersebut terlihat pada grafik. Selain itu juga pada kontroller proposional untuk menghilangkan ESS dibutuhkan KP besar yang akan membuat sistem lebih tidak stabil. Kontroller proposional memberi pengaruh langsung (sebanding) pada error. Semakin besar error, semakin besar sinyal kendali yang dihasilkan kontroller. Untuk kontroller integral pada grafik akan mempengaruhi sistem dengan menghilangkan error steady state, respon lebih lambat (dibandingkan dengan P) dan dapat menambah ketidakstabilan (karena menambah orde pada sistem itu). Perubahan sinyal kontrol sebanding dengan perubahan error. Semakin besar error semakin cepat sinyal kontrol bertambah/berubah. Dan untuk kontroller derivatif akan memberikan efek rendaman pada sistem yang berosilasi sehingga nila memperbesar pemberian nilai KP, memperbaiki respon transien karena memberikan aksi soal ada perubahan error serta derivatif hanya berubah saat ada perubahan error, sehingga saat ada error statsi D tidak beraksi, sehingga derivatif tidak

diperbolehkan digunakkan sendiri. Besarnya sinyal kontrol sebanding dengan perubahan error (e), semakin cepat error berubah semakin besar aksi control ditimbulkan. Untuk itu dapat dianalisis bahwa pengendalian dengan PID lebih baik yang menghasilkan harga 40%. VIII. Kesimpulan Berdasarkan percobaan dapat disimpulkan bahwa: - %P = 27,1429%

%PID = 40%

- Grafik yang dihasilkan pada nilai PV=20%, integral time =0 dan derivatif = 0 berupa grafik linear. - Grafik yang dihasilkan pada nilai PV=20%, integral time = 1 dan derivatif = 1 berupa grafik linear. - Harga pH yang terukur juga dipengaruhi oleh pengadukan atau kehomogenan larutan.

Daftar Pustaka Kasie laboratorium Pengendalian Proses. 2016. Penuntun Praktikum Pengendalian Proses. Palembang: Politeknik Negeri Sriwijaya